1.4. Розрахунок густини зрошування і коефіцієнта змочуваності насадки

Густину зрошування (швидкість рідини) розрахуємо за формулою (4.15) [1]:

U = L/(ρ_р٠S), (25)

де S – площа поперечного перерізу абсорбера, м²; L – витрати абсорбенту, кг/с; ρ_р - густина рідини, кг/м³.

U = 2,04/(999٠0,785٠0,8²) = 4,1٠10^-3 м/с,

.

Визначимо мінімальну ефективну густину зрошування U_min по залежності (4.16) [1] :

U_mіn = аq_еф, (26)

де q_еф – ефективна лінійна густина зрошування;

а – питома поверхні насадки, м²/м³; для кілець Рашига а = 90 м²/м³; q_еф = 0,022٠10^-3 м²/с.

U_mіn = 90٠0,022٠10^-3 = 1,98٠10^-3 м/с.

Таким чином U > U_mіn, тобто коефіцієнт змочення насадки Ψ = 1.

Таким чином, можна вважати, що коефіцієнт змочуваності насадки Ψ = 1.

1.5. Розрахунок коефіцієнтів масовіддачі

а) У газовій фазі з рівняння (4.28) [1] (насадка нерегулярна):

Nu, (27)

де - Nu_г = ; β_г – коефіцієнт масовіддачі для газу,; D_г – коефіцієнт дифузії компоненту в газовій фазі, м²/с; σ = 90 - питома поверхня насадки, м²/м³; ρ_г = 1,34 - густина газу, кг/м³; µ_г = 16.1٠10^-6 - в’язкість газу, Па٠с; w = 1,93 - фіктина швидкість газу, м/с; d_е = 0,035 - еквівалентний діаметр насадки, м.

Коефіцієнт дифузії аміаку у повітрі за нормальних умов D₀ = 19,8٠10^-6 м²/с.

Визначимо коефіцієнт дифузії при робочих умовах по залежності:

D_г = D₀= 19,8٠10^-6٠(760/910)٠(288/273)^3/2 = 1,79٠10^-5 м²/с.

Критеріїї Rе_г і Рr_г:

Rе_г = 4٠1,93٠1,34/(90٠16,1٠10^-6) = 7140;

Рr_г = 16,1٠10^-6/(1,34٠1,79٠10^-5) = 0,67.

Критерій Nu_г:

Nu = 0,407٠7140^0,655٠0,67^0,33 = 119,23.

Коефіцієнт масовіддачі:

β_г = 119,23٠1,79٠10^-5 /0,035 = 0,061 м/с.

Перерахуємо β_г у обраній для розрахунку розмірності (додаток 5.7):

β_г = 0,061(ρ_г - ) = 0,061( 1,34 – 0,101) = 0,0756 кг/(м²٠с).

де = ρ_г٠= 1,34٠0,075 = 0,101 кг/м³ – об’ємна масова концентрація газу;

= ( = (0,14 + 0,01)/2 = 0,075 кг аміаку/кг суміші.

б) У рідкій фазі по залежності (4.30):

Nu_р = 0,0021 , (28)

де - Nu_р = ; β_р – коефіцієнт масовіддачі для рідини, м/с; - приведена товщина рідкої плівки, м; L = 2,04 - масова витрата рідини, кг/с;

D_р – коефіцієнт дифузії компоненту в рідині, м²/с; µ_р = 1,14٠10^-3 - в’язкість рідини, Па٠с;

ρ_р =999 - густина рідини, кг/м³; S = 0,5 - площа поперечного перерізу колони, м²; σ = 90 - питома поверхня насадки, м²/м³; Ψ=1 - коефіцієнт змочуваності насадки.

Коефіцієнт дифузії аміаку у воді при 20⁰С D₂₀ = 0,00183٠10^-3 м²/с.

Перерахуємо до робочих умов:

D_t = D₂₀⁰ [1 + 0,02(t – 20)] = 0,00183٠10^-3[1+0,02(15-20)] = 0,00165٠10^-3 м²/с.

Число Рейнольдса:

Rе_р = 4٠2,04/(0,5٠90٠1٠1,14٠10^-3) = 159.

Число Прандтля:

Рr_р = 1,14٠10^-3/(999٠0,00165٠10^-3) = 0,69.

Приведена товщина плівки:

δ_пл = [(1,14٠10^-3)² / (999²٠9,8)]^1/3 = 5,15٠10^-5 м.

Число Нусельта:

Nu_р = 0,0021٠159^0,75٠0,69^0,5 = 0,078.

Коефіцієнт масовіддачі в рідкій фазі:

β_х = 0,078٠0,00165٠10^-3/(5,15٠10^-5) = 2,52٠10^-3 м/с.

Виразимо β_х в обраній для розрахунку розмірності:

β_х = 2,52٠10^-3(ρ_р - ) = 2,52٠10^-3(999 – 37,8) = 2,42 кг/(м²٠с).

де = = = 999٠0,041/1,082 = 37,8 кг/м³ – середня об’ємна масова концентрація аміаку в рідині; - середня відносна масова концентрація аміаку у рідині.